畢業(yè)論文---模具設計

1、<p><b>　　模具設計摘要</b></p><p>　　1模塑工藝規(guī)程的編制</p><p>　　該塑件是外殼體，其零件圖如下所示，本塑件的材料為ABS，</p><p>　　生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　

2、　塑件的工藝性分析及使用分析：</p><p>　　1.1塑件的原材料分析 </p><p>　　塑件的材料為ABS， 材料的性能 ABS為熱塑性塑料，密度1.03~1.07g/cm，抗拉強度30~50Mpa，抗彎強度41~76 Mpa，拉伸彈性模量1587~2277 Mpa，彎曲彈性模量Mpa，收縮率0.3~0.8%，常取0.5% 。該材料綜合性能好，即沖擊強度高，尺寸穩(wěn)定，易于成型，耐

3、熱和耐腐蝕性能也較好，并有良好的耐寒性。屬熱塑性塑料。結(jié)構(gòu)特點為線性結(jié)構(gòu)非結(jié)晶性，使用溫度應小于70?C,從使用性能上看，該塑料綜合性能較好，沖擊強度較高，化學穩(wěn)定性、電性能良好，機械強度較好，有一定的耐磨性。但耐熱性較差，吸水性大；從成型性能上看，該塑料的流動性較好，不易分解，成型容易，但吸水性大，成型前原料要干燥，表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥，易取高料溫、高模溫，但料溫過高易分解（分解溫度為≥250℃）。對精度較高的塑件，模溫

4、易取50～60℃，對光線而、耐熱塑件，模溫易取60～80℃，ABS塑料應用廣泛，適于制作一般機械零件、減磨耐磨零件、傳動零件和電訊零件。</p><p>　　1.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析</p><p>　　1 從零件圖上分析，該零件圓柱直筒型外殼，高度為14㎜，外殼體側(cè)壁厚度為4mm，且兩側(cè)各有三個方形孔因此，模具設計時必須設置雙側(cè)向分型抽芯機構(gòu)。</p>&l

5、t;p>　　2）尺寸精度分析： </p><p>　　該零件要求精度等級為未注故用MT5級及IT11，精度要求較低，相對應的模具相關(guān)零件的尺寸加工容易保證，從塑件的壁厚上來看，壁厚最大處為4mm，壁厚均勻，有利于零件的成型。</p><p>　?。?）注射成型的工藝流程</p><p>　　因為ABS即改性聚苯乙烯是一種熱塑性是塑料，而且塑件批量大，所以我們

6、采用注射成型。</p><p>　　注射成型是熱塑性塑料的一種主要成型方法；而且它成型周期短，能一次成型外形復雜，尺寸精密的塑料制件，且生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。</p><p>　　注射成型的工藝工程包括：成型前的準備；注射成型過程；塑件的后處理三個階段。詳細的工藝流程如下圖所示：</p><p><b>　　圖2</b></p&

7、gt;<p>　　1.3 計算塑件的體積和重量</p><p>　　計算塑件的重量是為了選用注射機及確定模具型腔數(shù)。</p><p>　　計算塑件的體積：V件= 40cm</p><p>　　計算塑件的重量：根據(jù)手冊可查得ABS的密度為P=1.03~1.07g/cm</p><p>　　故塑件的重量為G=V×P=4

8、0cm×1. 05g/cm=42g</p><p>　　流道凝料的質(zhì)量m2還是個未知數(shù)，可按塑件質(zhì)量的0.6倍來估算。</p><p>　　m2=0.6×42=25.2g</p><p>　　1.4 確定型腔數(shù)目</p><p>　　根據(jù)制品的生產(chǎn)批量及尺寸精度要求采用多型腔模具，但考慮到模具的制作費用，初步確定為一模兩腔

9、。</p><p>　　1.5注射機型號的選定</p><p>　　由上述知確定模具為一模一腔，所以注射量為：</p><p>　　M=1×m×1.6=1×42×（1+0.6）=67.2g</p><p>　　流道凝料在分型面上的投影面積A,在模具設計之前是個未知值，根據(jù)多型腔模具的統(tǒng)計分析，A是每個塑

10、件在分型面上的投影面積A的0.2∽0.5倍。因此可以用0.35 A來進行估算，所以：總的投影面積A</p><p><b>　　A=n A+ A</b></p><p>　　單個面上的投影面積A=42*42*3.14=5538.96mm</p><p>　　即A=1×5538.96×(1+0.35)=7477.596mm&l

11、t;/p><p>　　在成型中小型所料制品時，型腔熔體內(nèi)的壓力p常取20～40Mp</p><p>　　P——型腔壓力， P=30Mpa</p><p>　　那么所需鎖模力F=AP=7477.596×30≈68KN</p><p>　　由以上所計算的注射量和鎖模力可知，我們可選用SZ-100/80注射機</p><p

12、>　　SZ-100/80注射機的主要技術(shù)參數(shù)表1所示：</p><p><b>　　表1 注射機參數(shù)</b></p><p>　　1.6注射參數(shù)的校核</p><p>　　1.6.1 最大的注射量的校核：</p><p>　　當注射機的最大注射量以容積標定時，按下式計算：</p><p>

13、<b>　　KV≥V </b></p><p>　　式中：V———注射機的最大注射量(cm)</p><p>　　K———注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取K=0.8</p><p>　　V———塑件的總體積(cm)</p><p>　　KV=0.8×100=80cm</p><p>　

14、　V=M /ρ=67.2/1.05=64cm 80≥64 滿足要求</p><p>　　1.6.2 注射壓力的校核</p><p>　　注射壓力的校核是校驗注射機的額定壓力能否滿足塑件成型時所需的注射壓力。</p><p>　　P≥p 式中P——注射機的額定壓力為 P=170Mpa </p><p>　　P——塑件成型時所需的注

15、射壓力。表得p=30Mpa</p><p>　　故P公≥p 注射壓力可滿足條件 </p><p>　　1.5.3 鎖模力的校核</p><p>　　F≥qA 式中F——注射機的額定鎖模力。查表得F=80KN</p><p>　　qA——塑件成型所需的鎖模力。上以算出為68KN</p><p>　　80≥68 滿

16、足要求</p><p>　　1.6.3 模具型腔數(shù)目的確定</p><p>　　按注射機的最大注射量確定型腔數(shù)n.</p><p>　　根據(jù)公式n≤(0.8G- m2)/ m確定</p><p>　　式中G——注射機最大注射量（g）查表得160g</p><p>　　m——塑件的質(zhì)量（g）</p><

17、;p>　　m2——流道凝料的質(zhì)量（g）</p><p>　　n=（0.8×100-0.6×42）/42=1.3≥1 所以一模一腔可以滿足。</p><p>　　1.7塑件注射工藝參數(shù)的確定</p><p>　　查找附錄A:ABS的成型工藝臺數(shù)可作為如下選擇:</p><p>　　注射溫度:包括料筒溫度和噴嘴溫度<

18、;/p><p>　　料筒溫度:后段溫度t1選用160℃ 中段溫度t2選用170℃</p><p>　　前段溫度t3選用190℃</p><p>　　噴嘴溫度：選用180℃ 模具溫度：60℃</p><p>　　注射壓力:選用90Mpa 注射時間:選用50S</p><p>　　

19、保壓時間:選用5S 冷卻時間:選用20S</p><p>　　2 注射模具的結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　注射模具的結(jié)構(gòu)設計包括：分型面的選擇，模具型腔數(shù)目的確定，型腔的排列方式，澆口位置，模具工作零件的結(jié)構(gòu)設計，側(cè)向分型和抽芯機構(gòu)的設計，推出機構(gòu)的設計內(nèi)容。</p><p><b>　　2.1分型面的選擇</b><

20、;/p><p>　　模具設計中分型面的選擇很重要，它決定了模具的結(jié)構(gòu)。應根據(jù)分型面選擇原則和塑件成型的要求來選擇分型面。該塑件為圓狀，表面質(zhì)量無特殊要求，為降低模具的復雜程度，降低模具的高度又便于成型出件。分型面的形狀如圖所示。</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　2.2確定型腔排列方式</p><p&

21、gt;　　模具在注射時采用一模一件單開式模具，即模具需要一個型腔。塑件布局如下圖所示。采用這種方式最大的優(yōu)點：便于設置測向分型抽芯機構(gòu)又便于注射，降低了模具的生產(chǎn)費用，并且該件也可作為一種裝飾品，采用直澆口提高了零件的表面的質(zhì)量，由于該件體積較大，采用點澆口便于材料的充滿型腔。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　2.3澆注系統(tǒng)的設計<

22、/p><p>　　2.3.1 主流道設計</p><p>　　根據(jù)設計手冊查得SZ-100/80型注射機噴嘴的有關(guān)尺寸：</p><p>　　噴嘴的前端孔徑d=Φ3㎜,</p><p>　　噴嘴前端球面半徑R=10㎜.</p><p>　　根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系：</p><p>　　R= R+

23、（1～2）㎜ </p><p>　　D=d+（0.5～1）㎜.</p><p>　　取主流道球面半徑R=12㎜，</p><p>　　取主流道小端直徑D=Φ3.5㎜，</p><p>　　球面配合高度h=3-5mm 取h=5 mm</p><p>　　主流道長度 盡量小于70mm， 有標準模架結(jié)合該模具的結(jié)構(gòu)，取L=

24、45mm</p><p>　　澆口套總長 L=65mm</p><p>　　為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設計成圓錐形，其斜度為1°～3°。</p><p>　　2.3.2 分流道的設計</p><p>　　分流道在多型腔模具中是必不可少的，它起連接主澆道和澆口的作用。</p><p>　

25、　分流道的形狀和尺寸應根據(jù)塑件的體積，壁厚，形狀的復雜程度，注射速度，分流道長度，等因素來確定。塑件外形不算太復雜，熔料填充比較容易，為了加工起見，選用截面形狀為半圓形分流道。</p><p>　　分流道的直徑D = =7.2mm </p><p>　　G制品的重量，L分流道的長度</p><p><b>　　所以D取8mm</b>&

26、lt;/p><p>　　2.3.3 澆口的設計</p><p>　　澆口是連接分澆道和型腔的短澆道。分析塑件可知此模具應采重疊式澆口形式。重疊式澆口的優(yōu)點：可避免熔體從澆口向型腔產(chǎn)生噴射現(xiàn)象。主流道、側(cè)流道、側(cè)澆口布局如5圖所示</p><p>　　圖5主流道、側(cè)流道、點澆口布局</p><p>　　2.4 側(cè)抽芯機構(gòu)的設計</p>

27、<p>　　由于塑件有側(cè)孔，模具采用側(cè)向分型機構(gòu)。</p><p>　　2.4.1 確定抽芯距：</p><p>　　抽芯距一般應大于成型孔（或凸臺）深度，塑件孔深為6㎜，另加2～3㎜安全距離，可取抽芯距S抽=8㎜。</p><p>　　2.4.2 確定斜銷傾角：</p><p>　　斜導柱的傾角α是斜抽芯機構(gòu)主要的技術(shù)數(shù)據(jù)之一，

28、它與抽拔力，抽芯距有直接關(guān)系一般取α=15～25°這里抽芯距比較大，可取α=20°。</p><p>　　2.4.3 確定斜銷尺寸</p><p>　　其安裝部分與模板間可采用H7/m6或H7/n6的過渡配合。斜銷與滑塊間隙（一邊）為1㎜。斜銷長度為：L=S抽/Sinα=20/ Sin10=24㎜?？紤]抽拔力不大這里工作部分初定斜導柱直徑d=φ12㎜。</p>

29、;<p>　　2.4.4 滑塊與導滑槽設計</p><p>　　滑塊與側(cè)型芯的連接方式設計：采用相拼式型腔，滑塊通過彈簧壓緊并通過斜導柱和導滑槽導向，合模時為了保證楔塊能壓緊以保證零件的形狀要求，楔塊的角度應該大于斜導柱的角度取角度為25°?；瑝K與側(cè)型芯的連接方式設計</p><p>　　本塑件采用的是抽芯機構(gòu)主要是用于成型塑件的兩個側(cè)壁上的方孔，由于側(cè)想的兩個圓孔

30、的尺寸較小，綜合考慮到型芯的強度和裝配以及話快的加工難度，采用組合式的抽芯機構(gòu)，成型新型和滑塊的連接方式采用鑲嵌的方式，如零件圖所示</p><p><b>　?、?滑塊的導滑方式</b></p><p>　　本模具中為使模具的結(jié)構(gòu)緊湊，滑塊的導滑槽開設在凹模固定板上上，采用T形槽式的導滑方式，如圖所示：</p><p><b>　　

31、圖6</b></p><p>　?、?滑塊的導滑長度和定位裝置的設計</p><p>　　該塑件的側(cè)抽距較短，故導滑長度只要符合滑塊在開模時的定位裝置要求即可?；瑝K的定位裝置采用限位擋塊來定位，如圖所示：</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　2.4.5成型零件的結(jié)構(gòu)設計：</p

32、><p>　　1）凹模的結(jié)構(gòu)設計：模具采用一模一件的兩開結(jié)構(gòu)形式，并采用z型拉桿拉料并通過螺紋固定在支撐板上，根據(jù)分流道與主流道，澆口在凸模固定板上，這樣型腔便于加工。</p><p>　　2）凸模結(jié)構(gòu)設計：凸模主要是與凹模相結(jié)合構(gòu)成模具型腔，其凸模和側(cè)型芯的結(jié)構(gòu)形式如裝配圖所示。</p><p>　　2.5 模具排氣系統(tǒng)的設計</p><p>

33、　　塑件中等，采用一模一腔結(jié)構(gòu)，此套模具業(yè)屬于小型模具，工件上有側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)，注射成型的氣體可以通過先抽芯的方孔進行排氣，所以不必考慮單獨開設排氣槽等排氣系統(tǒng)。</p><p>　　2.6 推出機構(gòu)與復位機構(gòu)的設計</p><p>　　塑件的脫模力中等，由于模具結(jié)構(gòu)簡單所以用推桿推出塑件。</p><p>　　考慮到塑件外形和脫模力，由于塑件所需的脫模力中等，推桿直徑

34、為10mm，長度較短，，因此推桿不必制成階梯式的。推桿共有6根。推桿直徑與模板上的推桿孔采用H8/f8間隙配合。推桿材料采用T8碳素工具鋼，熱處理要求硬度50HRC以上，工作端配合部分的表面粗超度為R=0.8</p><p>　　合模時采用復位桿復位。</p><p>　　2.7 開合模導向機構(gòu)的設計</p><p>　　由于該模具采用的標準模架，但由于該模具是單開

35、式模具所以用模架本身帶有導向裝置，不必重新設計導向機構(gòu)，采用標準件導柱導套采用H7/f7間隙配合，以達到上述要求。</p><p>　　3 模具設計有關(guān)計算</p><p>　　3.1 有關(guān)型腔的工作尺寸計算</p><p>　　本塑件的成型零件的工作尺寸計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算。</p><p>　

36、　ABS的收縮率Q=0.4～0.6％.故平均收縮率為QCP=(0.4+0.6) ％/2=0.5％,考慮工廠的一般加工情況，模具制造公差取z=△/3。</p><p>　　型腔、型芯的工作尺寸計算</p><p>　　型芯和型腔工作尺寸計算，如下表所示：</p><p><b>　　表一</b></p><p>　　3.2

37、 型腔壁厚的計算</p><p>　　由公式［δ］=st </p><p>　?。郐模荨颓辉试S變形量</p><p>　　S——塑件材料的收縮率（%）查表得S=0.005</p><p>　　t——塑件的壁厚（㎜）t=6</p><p>　?。郐模?0.005×6=0.03</p>&l

38、t;p>　　由于模具型腔為組合式，所以按照組合式型腔計算公式h=進行計算</p><p>　　h——型腔側(cè)壁厚(㎜)</p><p>　　p——溶體內(nèi)壓力p=40Mpa</p><p>　　a——型腔側(cè)壁受溶體壓力部分高度 a=8</p><p>　　l1——型腔側(cè)壁長邊尺寸78</p><p>　　E——彈性模

39、量，鋼材取2.1×105Mpa</p><p>　　將以上數(shù)據(jù)代入得h=9.8mm取h=40mm</p><p><b>　　底板厚度的計算：</b></p><p><b>　　根據(jù)公式H=</b></p><p>　　P溶體壓力40MPa</p><p><

40、;b>　　L1型腔長度40</b></p><p>　　B底板上型腔承壓部分的寬度40</p><p><b>　　B底板寬度40</b></p><p>　　E彈性模量，鋼材取2.1×105Mpa</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得3.7mm取30mm</p><p>　

41、　3.3、模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計算</p><p>　　本塑件在注射成型時不要求有太高的模溫，因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)，是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下計算</p><p>　　設定模具平均工作溫度為40℃，用常溫20℃的水作為模具冷卻介 質(zhì)，其出口溫度為30℃，產(chǎn)量為0.0135Kg/min （初算2min1套）</p><p>　　求塑件在硬化時每小時釋放的熱量

42、Q3</p><p>　　查表得ABS的單位熱流量為Q2=35×104J/Kg</p><p>　　Q3=WQ2=0.0135×35×104J/Kg=4725J/Kg</p><p>　　求冷卻水的體積流量V</p><p>　　由式3-41得： </p><p><b>　

43、　V==m2/min</b></p><p>　　=1.1×10-5 m3/min</p><p>　　由體積流量V查表可知所需的冷卻水管直徑非常小。</p><p>　　由上述計算可知，因為模具每分鐘所需的冷卻水體積流量很小，故可不設冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式冷卻模具即可</p><p>　　4、模具閉合高度的確定<

44、;/p><p>　　根據(jù)3、5、2支承與固定零件的設計中提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定：</p><p>　　定模座板： H1=30mm</p><p>　　型腔板： H2=30mm</p><p>　　凸模固定板： H3=40mm</p><p>　　支承板： H4=50mm</p><p&g

45、t;　　墊塊： H5=100mm</p><p>　　動模座板： H6=30mm</p><p>　　因而模具的閉合高度 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7 =280mm</p><p>　　5、注射機有關(guān)參數(shù)的校核</p><p>　　模具的外形尺寸為250㎜×250㎜，選用SZ-100/80型，注射機

46、模板最大安裝尺寸為320㎜×320㎜，允許模具閉合高度最小Hmin=170mm。模具的閉合高度為280㎜，所以模具滿足安裝條件。由于側(cè)分型抽芯距較短，不會過大增加開模距離，注射機開模行程足夠。</p><p>　　經(jīng)驗證，SZ-100/80型注射機能滿足使用要求，故采用。</p><p>　　6、繪制模具總裝配圖和非標零件工作圖</p><p>　　本模具

47、的工作原理；模具安裝在注射機上，定模部分固定在注射機定模板上，動模固定在注射機的動模板上。在模具上，側(cè)型芯滑塊安裝在模的導滑槽中，合模后，注射機通過噴嘴將熔料注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后，塑件成型，開模是動模部分隨動模板一起運動逐漸將分型面打開，與塑件相連的主流道的凝料從澆口套中脫出，與此同時，動模板上的中間頂出裝置通過推桿向上移動，側(cè)型芯滑塊在凹模固定板的導滑槽內(nèi)分別向兩側(cè)移動而脫離塑件，直至斜導柱與它們分開，側(cè)向分型與抽芯才結(jié)束。在滑塊

48、脫離斜導柱后要設置滑塊的限位裝置。合模時，隨著分型面的閉合側(cè)滑塊由斜導柱插入后驅(qū)動復位，與此同時在它們的外側(cè)由鍥緊塊鎖緊，以使其在注射塑料溶體時產(chǎn)生的成型壓力的作用下不發(fā)生位移，推桿也進行復位。</p><p><b>　　7. 設計總結(jié)</b></p><p>　　在整個畢業(yè)設計的設計過程中，我學到了很多以前不太注意的細節(jié)，也學到很多新的知識，豐富自己的見識。綜合

49、運用了大學所學到的知識，可以說是對大學學習的一個很好整理歸納。查閱大量的圖書資料和咨詢許多老師和同學，得到他們的很大幫助。特別感謝指導老師趙軍老師不辭勞苦的為我們解難、看草圖、指出缺點和不足，也感謝其他模具教研室的老師們的幫助，使我的畢業(yè)設計能夠順利完成。再次對幾位老師表示感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】齊曉杰 塑料